3 000m3丙烯球罐保冷設(shè)計技術(shù)方案創(chuàng)新

黃金國 耿永豐 陸青松 袁 浩

(合肥通用機械研究院)

3000m3丙烯球罐保冷設(shè)計技術(shù)方案創(chuàng)新

黃金國**耿永豐 陸青松 袁 浩

(合肥通用機械研究院)

對比了幾種常用的球罐保冷材料，著重介紹了橡塑板作為保冷材料的優(yōu)點，并提出了優(yōu)化的施工方案，以達到檢修時保證大部分橡塑板免于拆除的目的，節(jié)約施工成本。

球罐 丙烯 保冷設(shè)計 橡塑板

常溫下的丙烯為無色、無臭、稍帶甜味的氣體，分子量為42.08、密度為0.513 9g/cm3、冰點為-185.3℃、沸點為-47.4℃，易燃、爆炸極限為2%～11%，不溶于水，可溶于有機溶劑，是一種低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯腈、異丙烯、丙酮及環(huán)氧丙烷等[1]。

丙烯的存儲一般分為常溫壓力儲存、低溫壓力存儲和低溫常壓存儲。一般倉儲企業(yè)或工藝裝置中的丙烯都采用常溫壓力存儲方式。球罐的設(shè)計壓力一般按照丙烯50℃時的飽和蒸汽壓確定為2.16MPa，設(shè)計溫度根據(jù)地域分布或工藝要求的不同，有按照常溫設(shè)計的，也有將最低設(shè)計溫度取到-48℃的。國內(nèi)建造的丙烯球罐大都不進行保冷設(shè)計和施工，也有一些倉儲企業(yè)根據(jù)自身的特點進行丙烯球罐的保冷施工。筆者以江蘇一家倉儲企業(yè)的丙烯球罐為例，對3 000m3丙烯球罐進行了保冷設(shè)計和施工技術(shù)方案的優(yōu)化。

1 球罐保冷的基本材料選擇

1.1聚氨酯發(fā)泡

聚氨酯硬質(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑及阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物，具有保溫與防水的功能。該材料有保溫、防水和粘結(jié)性能好、施工簡單、速度快及造價低等特點，也是球罐保冷設(shè)計采用最多的方案。但其也有易老化、由于濕阻因子低的原因易在表面出現(xiàn)結(jié)露或結(jié)冰現(xiàn)象的缺點，同時，聚氨酯會因溫差的變化發(fā)生收縮，容易導(dǎo)致聚氨酯層和罐體的分離。

1.2泡沫玻璃

泡沫玻璃是由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑及發(fā)泡促進劑等，經(jīng)過細粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過高溫熔化、發(fā)泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料，具有防火、防水、耐腐蝕、防蛀、不老化、防磁波、防靜電及機械強度高等特點，常用于建筑外墻的隔熱、隔音和防火材料。

由于球罐外表面為曲面，若采用泡沫玻璃的技術(shù)方案，則加工量大且施工難度非常大，因此很少用于球罐的保冷施工。

1.3橡塑板

橡塑板是密閉式發(fā)泡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的絕熱效果，密閉式氣泡結(jié)構(gòu)和致密的表皮使水汽不易透過，且吸水率低。產(chǎn)品富有柔韌性，施工安裝極為方便、省工省料、外觀整潔完美、沒有污染。使用溫度范圍廣、耐火性良好、經(jīng)久耐用，并具有優(yōu)良的阻燃效果。隨著國內(nèi)橡塑板廠家的增多和大量的工程應(yīng)用，采用橡塑板的保冷方案造價也并不高。

綜合比較上述材料的優(yōu)、缺點，本次建造的3 000m3丙烯球罐擬采用橡塑板作為主材進行保冷防護。

2 保冷方案設(shè)計

筆者采用防火型橡塑板作為保冷層的保冷系統(tǒng)，采用防火型橡塑板專用粘接劑進行橡塑板的粘貼連接，外護層采用0.7mm以上的金屬鋁板。防火型橡塑板保冷材料的主要特性如下：

密度 50±5kg/m3

導(dǎo)熱系數(shù) 0.033 9W/m·K

尺寸穩(wěn)定性 不大于10%

濕阻因子μ大于10 000

撕裂強度 不小于2.5N/cm

氧指數(shù) 不小于40%

防火型橡塑板專用粘接劑的主要特性如下：

最高耐溫 110℃

初干時間 約2min

密度 9kg/m3

干化后的最低使用溫度 -40℃

標準用量 3～4m2/kg

粘結(jié)性 不小于500MPa·s

依據(jù)GB 50264-1997 中的防結(jié)露法和表面熱損法分別計算[2]，3 000m3丙烯球罐保冷計算條件和結(jié)果如下：

設(shè)備外徑 18 100mm

保冷層外徑 18 260mm

環(huán)境溫度 37.4℃

保冷層外表面溫度 35℃

露點溫度 31.2℃

設(shè)備溫度 -20℃

導(dǎo)熱系數(shù) 0.033 9W/(m·℃)

表面換熱系數(shù) 8.141 W/(m·℃)

允許最大熱損 -30.94W/m2

表面冷損 -23.10W/m2

允許最小厚度 77.6mm

保溫層厚度 80mm

按計算結(jié)果最終將保溫層的厚度定為80mm，防火型橡塑板分兩層，第一層厚度為40mm(內(nèi)層，簡稱為A層)，第二層厚度為40mm(外層，簡稱為B層)。

3 常規(guī)保冷層施工方案

一般3 000m3的球罐比較合理的設(shè)計方案為三帶十支柱，該方案可以最大限度地利用鋼廠鋼板的軋制寬度，也減少了球罐的整體焊縫長度。本項目球罐俯視的焊縫位置如圖1所示。

圖1 3 000m3丙烯球罐俯視焊縫位置

常規(guī)的球罐保冷層施工安裝順序一般都是由球罐頂部開始向下安裝，這樣可以避免安裝過程中可能產(chǎn)生的雨水滲入。從球罐的頂部開始安裝第一層，球罐保冷層下料一般采用梯形下料，第一層的安裝布置示意圖如圖2所示。在安裝了第一層后接著安裝第二層，第二層應(yīng)和第一層進行錯縫安裝，具體安裝布置示意圖如圖3所示。安裝過程中單塊梯形塊的中心高度一般不宜超過1m，

圖2 常規(guī)安裝第一層布置示意圖

圖3 常規(guī)安裝第二層布置示意圖

在球罐上下極的位置下料時，梯形的上下寬度不宜過大，否則在連接處容易出現(xiàn)尖角，影響粘結(jié)質(zhì)量。為了保證粘結(jié)效果，保冷材料與罐體、保冷材料層與層之間均需雙面滿涂膠水粘貼。

4 優(yōu)化施工方案

按照上述傳統(tǒng)施工方案施工的優(yōu)點在于：施工簡單、快捷，橡塑板在首次安裝時利用率高。但按照TSG R7001-2013的要求，壓力容器在投用后1～3a內(nèi)需要進行首次定期檢驗，檢驗過程中，需要將球罐外表面的保冷層全部拆除，并在檢驗后重新進行保冷施工，而拆下的橡塑板不能再次利用，因此，全部拆除橡塑板造成了資源浪費。

由于球罐的開罐檢測只需檢測其焊縫和柱腿附近，且球罐的焊縫具有一定的規(guī)律性，因此需要有一種容易拆除球罐焊縫部位而不損壞其他大面積非焊縫部位的橡塑板保冷層的施工方式，這樣在檢修時就不用全部拆除球罐外表面的橡塑板。

筆者根據(jù)球罐的焊縫特點進行了施工方案的優(yōu)化，具體優(yōu)化施工方案為：第一層(A層)施工，先進行球罐焊縫位置的橡塑板的粘接，以球罐的主體焊縫的中心，貼上寬度為300mm的橡塑板，A層焊縫位置橡塑板施工布置示意圖如圖4所示(第一層焊縫位置鋪設(shè)的橡塑板簡稱為A1)。在焊縫位置粘接完畢后，再粘接其他大面積非焊縫位置的橡塑板。A層的整體橡塑板施工布置示意圖如圖5所示。

在進行完第一層(A層)橡塑板的粘接后，接著進行第二層(B層)橡塑板的施工。具體優(yōu)化施工方案為：第二層(B層)施工時，首先需要控制的部位仍為焊縫部位，考慮到錯開層與層之間的橡塑板的縫隙，第二層焊縫位置橡塑板的鋪設(shè)寬度定為500mm，B層的橡塑板的鋪設(shè)，仍先進行球罐焊縫位置的橡塑板的粘接，B層焊縫位置橡塑板施工布置示意圖如圖6所示(第一層焊縫位置鋪設(shè)的橡塑板簡稱為B1)。在焊縫位置粘接完畢后，再粘接其他大面積非焊縫位置的橡塑板。B層的整體橡塑板施工布置示意圖如圖7所示。

圖4 A層焊縫位置施工布置示意圖

圖5 A層整體施工布置示意圖

圖6 B層焊縫位置施工布置示意圖

圖7 B層整體施工布置示意圖

球罐的其他開罐檢查需要檢測的特殊部位，如凸緣和上支柱及球殼相連接部位等，第一層和第二層的橡塑板鋪設(shè)和處理方式與球罐整體部位的焊縫位置處理方式類似，文中將不再一一贅述。優(yōu)化后的施工方案，只是突出了焊縫及支柱等特殊部位的施工要求和流程，其他大面積橡塑板的施工仍需要遵循由上而下、錯縫安裝及雙面滿涂膠水等原則。保冷層安裝完畢后，再安裝外面的鋁皮或鐵皮保護層。

5 結(jié)束語

在球罐的保冷設(shè)計中，常規(guī)的橡塑板施工方案施工簡單、快捷，橡塑板在首次安裝時利用率高，但在檢驗過程中會造成材料浪費。采用優(yōu)化后的施工方案，雖然對橡塑板的下料精度和施工提出了更高的要求(需要新施工的橡塑板和球面、未拆除的橡塑板之間具有良好的貼合和粘接)，但在球罐開罐檢查時只需拆除焊縫等特殊部位的B1、A1層橡塑板，其他大面積部位的橡塑板可保留。據(jù)初步估算，免拆除的橡塑板占總橡塑板的約80%，而檢修后的球罐，僅需對焊縫等一些特殊部位進行恢復(fù)，很大程度上節(jié)省了材料，縮短了施工周期。

[1] 石智豪.壓力容器介質(zhì)手冊[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[2] GB 50264-1997 ，工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1997.

**黃金國，男，1972年9月生，高級工程師。安徽省合肥市，230031。

TQ053.2

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0254-6094(2015)02-0286-04

2014-07-17，

2015-03-04)